Устройство для регулирования скоростидвигателя

),рд . -.":(зте,к ц-,О П Союз Соеетскнк Соцналнстнческнк Республнк(22) Заявлено 180479 (21) 2754211/18-24с присоединением заявки Нов(51)М. Кл. С 05 П 13/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 2 З 0181 Бюллетень Йо ЗДата опубликования описания 2 ЗО 1,81(72) Авторы изобретения А.М.Зубков и Ф,И.пинский Коломенский филиал Всесоюзного заочного политехнического института(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к устройствам регулирования неэлектрическихвеличин, в частности к автоматическому регулированию скорости вращениядвигателя внутреннего сгорания.Известна система для стабилизации скорости вращения двигателя, содержащая последовательно соединенные сравнивающий элемент, усилитель,двигатель и датчик скорости, датчикопорных импульсов, последовательносоединенные генератор импульсов,счетчик импульсов, запоминающее устройство, преобразователь код-напряжение, звено с переменным коэффициентом усиления, второй вход которого подключен к выходу датчика скорости, а выход - к первому входусравнивающего элемента,Ко второму входу сравнивающегоэлемента подключен первый вход датчика опорных импульсов, второй входкоторого подключен к выходу двигателя, а выход - ко второму входусчетчика импульсов (1.Однако обеспечение стабильностипри возмущении на систему изменениемнагрузки на двйгателе осуществляетсяс большой динамической ошибкой ивременем переходного процесса, так как система имеет линейный пропорциональный закон регулирования на каждом установившемся скоростном режи-ме, который не обеспечивает оптимальной величины управляющего сигнала,Увеличение динамической ошибкии времени переходного процесса ведетк ухудшению качества регулированияпри возмущении по нагрузке на двигаНаиболее близкой по техническойсущности к предлагаемой являетсяэлектронная двухимпульсная системаавтоматического регулирования часто ты вращения дизель-генератора, содержащая последовательно соединенныеисполнительный механизм, двигательи датчик скорости, выход которогоподключен к первому входу элемента 20 сравнения непосредственно и черездифференцирующее звено, второй итретий входы элемента сравнения соответственно соединены с задатчикомскорости и выходом формирователя им пульса нагрузки, вход которого подключен к выходу измерителя мощности,например измерителя активной мощнос"ти генератора, а выход элемента сравнения соединен со входами усилителя, 30 который содержит пропорциональный и5 О 35 20 25 ЗО интегрирующий каналы, включенные параллельно и подсоединенные к выходуусилителя так, чтобы получить суммусигналов обоих каналов, которая упранляет исполнительным механизмом (2) Однако известное устройство обладает низкой точностью.Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости двигателя, содержащее датчик скорости, первый корректирующий блок и элемент сравнения, выход которого подключен ко входам интегратора,блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, второй вход - к выходу задатчика скорости, а третий вход через преобразователь импульса нагрузки - к выходу измерителя мощности, а также исполнительный механизм, введены дополнительные корректирующие блоки, сумматор и последовательно соединенные задатчик огорных напряжений и блок задания режимов, причем второй вход блока задания режимов подключен к выходу измерителя мощности, а первый, второй и третий выходы - соответственно ко вторым входам интегратора, блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, выход интегратора соединен с первым входом сумматора, выход блока пропорционального регулирования соединен через второй корректирующий блок с третьим входом блока задания режимов и вторым входом сумматора, выход дифференцирующего блока соединен через третий корректирующий блок с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко входу исполнительного механизма, а четвертый и пятый выходы блока задания режимов подключены соответственно ко второму и третьему входам каждого корректирующего блока.чНа чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройстна,Устройство для регулирования скорости днигателя 1, содержащее датчик 2 скорости, первый корректирующий блок 3 и элемент 4 сравнения, выход которого подключен ко входам интегратора 5, блока б пропорционального регулирования и дифференцирующего блока 7, второй вход - к выходу задатчика 8 скорости, а третий вход через преобразователь 9 импульса нагрузки - к выходу измерителя 10 мощности, а также исполнительный механизм 11, содержит также дополнительные корректирукщие блоки 12 и 13, сумматор 14 и последовательно соединенные задатчик 15 опорных напряжений и блок 16 задания режимов, причем второй вход блока 16 задания режимовподключен к выходу измерителя 10 мощности, а первый, второй и третий выходы - соответственно ко вторым вхо"5 40 45 50 55 0 45 дам интегратора 5, блока б пропорционального регулирования и дифференцирующего блока 7, выход интегратора 5 соединен с первым входом сумматора 14, выход блока б пропорционального регулирования соединен через второй корректирукщий блок 12 с третьим входом блока 16 задания режимов и вторымвходом сумматора 14, выход дифференцирующего блока 7 соединен через третий корректирующий блок 13 с третьим входом сумматора 14, выход которогоподключен ко второму входу исполнительного механизма 11, а четнертый ипятый выходы блока 16 задания режимовподключены соответственно ко второмуи третьему входам каждого корректирующего блока 3, 12 и 13, Каждый корректирующий блок 3 (12,13) включает в себя фильтр 17 и форсирующий элемент18, подключенные к соответствующим нходам.элемента 19 суммирования, причем выход элемента 19 суммирования является выходом корректирующего блока 3 (12,13), первые входы фильтра 17 и форсирующего элемента 18 являются первыми входами корректирующего блока 3 (12,13), второй вход фильтра 17 является вторым входом корректирующего блока 3 (12, 13), а второй вход формирующего элемента 18 является третьим входом корректирующего блока 3 (12, 13),Устройство для регулирования скорости двигателя работает следующимобразом,Сигнал задания скорости двигателя1 поступает с задатчика 8 на второйвход элемента 4 сравненияНа еговторой вход поступает через фильтр17 и элемент 19 суммирования первогокорректирующего блока 3 сигнал сдатчика 2 скорости.При изменении нагрузки на третийвход элемента 4 сравнения также поступает сигнал с преобразователя 9импульса нагрузки,Сигнал рассогласования между заданным и действительным значениемскорости и сигналом, формирующимсяпри изменении нагрузки с выхода элемента 4 сравнения поступает на интегратор 5, блок б пропорционального регулирования и дифференцирующийблок 7.С выхода интегратора 5 сигналпоступает на первый вход сумматора14, На его второй вход поступает сигнал через фильтр 17 нторого корректирующего блока 12 с блока б пропорционального регулирования, а на еготретий вход сигнал поступает с дифференцирующего блока 7 через фильтр17 третьего корректирующего блока 13,Управляющий сигнал с сумматора 14воздействует на исполнительный механизм 11, который управляет подачейтоплива двигателя 1,Срабатывание блока 16 изменяеткоэффициент передачи дифференцирующего блока 7, увеличивая его. Этоувеличение коэффициента передачипроисходит только при больших отклонениях скорости двигателя 1 от установившегося значения, К окончаниюпереходного процесса происходит умень"шение коэффициента передачи дифференцирующего блока 7,Таким образом, изменение коэффициента передачи дифференцирующегоблока 7 обеспечивает оптимальный характер конца переходного процесса принелинейном объекте управления (двигателе внутреннего сгорания), При этомсигнал с его выхода практически неоказывает влияния на подачу топливав установившемся режиме.Кроме того, наличие такой изменяемой структуры позволяет исключить Сигнал с выхода блока б пропорционального регулирования через фильтр 17 второго корректирующего блока 12 поступает на второй вход сумматора 14 и на третий вход блока 16 задания режимов. Блок 16 задания режимов в соответствии с эадатчиком 15 опорных напряжений управляет коэффициентами передачи, постоянной времени интегратора 5 и дифференцирующего блока 7 и управляет уровнями настройки нелинейной характеристики блока б про порционального регулирования.Управление коэффициентом передачи интегратора 5 происходит следующим образом.При достижении некоторого уровня 15 сигнала, обусловленного эадатчиком 15 опорных напряжений, блок 16 задания режимов срабатывает и своим выходным сигналом уменьшает коэффициент передачи интегратора 5. 20Уменьшение коэффициента передачи интегратора 5 исключает возможность обратной величины перерегулирования и это ведет к уменьшению времени переходного процесса и улучшению качестна регулирования,Исключение обратной величины пере- регулирования достигается следующим,При повышении сигнала с выхода второго корректирующего блока 12 опор-Э ной величины, определенной задатчиком 15 опорных напряжений, блок 16 задания режимов уменьшает коэффициент передачи интегратора 5, величина коэффициента передачи которого больше, чем коэффициент передачи блока б пропорционального регулирования на установиншемся режиме работы двигателя 1.Таким образом, влияние интегра тора 5 после какого-то времени с началй переходного процесса исключается.К окончанию переходного процесса при достижении значения сигнала на 45 выходе второго корректирующего блока 12 опорной величины, определенной задатчиком 15, блок 16 увеличивает коэффициент передачи интегратора 5,Сигнал с выхода интегратора 5 быст-ц ро достигает необходимого значения для установившегося режима, не принимая избыточной величины, исключая, таким образом, обратную неличину пере- регулирования переходного процесса, улучшая качество регулирования. 55Кроме того, наличие такой структуры позволяет для установившегося режима устанавлинать значение коэффици" ента передачи по интегрирующей составляющей, по крайней мере, в 2 раза ф 0 больше, при этом увеличивается чувствительность системы при наличии необ" ходимого.запаса устойчиности системы,Управление уровнем настройки нелинейной характеристики блока б пропор" 65 ционального регулировани я происходитследующим образом,В соотнетствии с уровнем сигналас выхода измерителя 10 мощности, про"порционального нагрузке двигателя 1,определенной задатчиком 15, блок 16изменяет уровни настройки блока бпропорционального регулирования,Уровни настройки блока пропорционального регулирования, обусловленные задатчиком 15,и нагрузкой на двигателе 1, определяют начальную зонуего статической характеристики до ееточек излома,Статическая характеристика блокаб пропорционального регулирования вначальной зоне имеет минимальныйкоэффициент передачи относительнодругих зон, при.превышении сигнала свыхода элемента 4 сравнения значения, определенного точками излома,коэффициент передачи блока б увеличивается, что приводит к непропорциональному изменению подачи топлива вдвигатель 1.Уменьшение эоны, определенной"точками излома на статической характеристике блока 6, происходит приувеличении нагрузки, а увеличениеэтой зоны - при уменьшении нагрузкина двигателе 1.Таким образом, такое управлениеуровня настройки блока б позволяетисключить влияние помехи по сигналу скорости, величина которойявляется функцией нагрузки надвигателе 1, при этом чувствительность всего устройства н целом на всех нагрузочных режимахостается высокой, и уменьшить динамическую ошибку и время переходногопроцесса, улучшая качество регулиро-,.вания.Одновременно с изменением коэффициента передачи интегратора 5 блок16 изменяет коэффициент передачи дифференцирующего блока 7,влияние дифференцирующего блока 7 нау"тановившемся режиме, что приводитк уменьшению разброса по цикловойподаче топлива и увеличению запасаустойчивости системы в целом,Управление интегратором 5 и дифференцирующим блоком 7 увеличиваетбыстродействие системы в целом иобеспечивает переходнь 1 й процесс пооптимальной траектории, т.е. беэобратной величины перерегулирования.Все это улучшает качество регулирования,Фильтры 17 включаются блоком 16при значениях сигналов с выхода блока 6 пропорционального регулированияили измерителя 10 мощности, превышающих заданные опорные величины, ивыключаются при значениях сигналаменее опорных величин или через интервал времени, заданный в блоке 16,при определенной величине перепада 2 Онагрузки,Выходные сигналы блока 16 изменяют коэффициенты передачи и постоянныевремени фильтров 17,Уменьшение коэффициентов передачи р 5фильтров 17 и форсирующих элементов1 С или их исключение из структурыустройства происходит по сигналу сблока 6 пропорционального регулирования,30С другой стороны, форсирующие уст-ройства 18 осуществляют дополнительное Формирование или увеличение скорости по цикловой подаче топлива, что,соответственно, уменьшает динамическую ошибку и время переходногопроцесса, улучшая качество регулирования.Таким образом, блок 16, изменяякоэффициенты передачи интегратора 5,блока 6 пропорционального регулировання и дифференцирующего блока 7, иуправляя корректирующими блоками 3,12 и 13, формирует сигнал воздействия оптимального значения на исполнительный механизм )1 максимально быст- ф 5ро.В результате, предлагаемое устройство может быть инвариантным (не зависящее от возмущения) во всем диапазоне изменения нагрузок, что уве- Оличивает сферу применения такого регулятора и устраняет необходимостьразработки ряда регуляторов не только для различных двигателей внутрен -него сгорания, но и для регуляторовблизких по назначению для другихобъектов регулирования.Формула изобретенияУстройство для регулирования скорости двигателя, содержащее датчикскорости, первый корректирующий блоки элемент сравнения, выход которогоподключен ко входам интегратора,блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока, второй вход - к выходу задатчика скорости, а третий вход через преобразователь импульса нагрузки - к выходуизмерителя мощности, а также исполнительный механизм, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности устройства, в него введеныдополнительные корректирующие блоки,сумматор и последовательно соединен -ные задатчик опорных напряжений иблок задания режимов, причем второйвход блока задания режимов подключенк выходу измерителя мощности, а первый, второй и третий выходы - соответственно ко вторым входам интегратора, блока пропорционального регулирования и дифференцирующего блока,выход интегратора соединен с первымвходом сумматора, выход блока пропорционального регулирования соединенчерез второй корректирующий блок стретьим входом блока зацания режимови вторым входом сумматора, выход дифференцирующего блока соединен черезтретий корректирующий блок с третьимвходом сумматора, выход которого подключен ко входу исполнительного механизма, а четвертый и пятый выходыблока задания режимов подключены соответственно ко второму и третьемувходам каждого корректирующего блока,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 511754, кл, С 05 Р 13/00, 1976,2, Электронная двухимпульсная система автоматического регулированиячастоты вращения дизель-генератора.Реф, сб. Двигатели внутреннего сгорания. Иэд-во НИИИНФОРМТЯЖМАШ,Р 4-76-20, с, 1-4 (прототип).798748 Нарума Составитель Л,Птенцоваор Т,Кугрышева ТехредЕ.Гаврылешко Корректор Г,Назаров Заказ 1004 филиал ППП Патент, г,ужгород, ул.Проектная,НИИП по 35, Тираж 951Государственногелам изобретенисква, Ж, Рауш Подписноеомитета СССРоткрытийая наб., д.4/5